研究馬達(dá)與電磁兼容（EMC）的解決辦法

馬達(dá)，特別是帶電刷的馬達(dá)，會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲。電器要滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須對(duì)這些噪聲進(jìn)行處理。解決電磁兼容的手段無(wú)非是電容、電感（扼流圈）、電源濾波器和接地。

不幸的是，電磁兼容問題通常是在產(chǎn)品已徹底完成設(shè)計(jì)并組裝完畢時(shí)發(fā)現(xiàn)。這時(shí)考慮 電磁兼容是十分困難的。制造商不僅面臨著時(shí)間上的緊迫而且項(xiàng)目預(yù)算已經(jīng)用完，責(zé)任工程師已經(jīng)調(diào)到其它項(xiàng)目上，不能隨時(shí)解決有關(guān)的問題。

解決這些問題的最好時(shí)機(jī)是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，而不是產(chǎn)品開發(fā)周期最終階段。許多試驗(yàn)是可以在產(chǎn)品裝入最終機(jī)殼之前進(jìn)行的。

電容

電容通過向噪聲源的公共端提供一條阻抗很低的通路來(lái)將電壓尖峰旁路掉。尖峰電壓主要是由馬達(dá)電刷產(chǎn)生的。電容可以接在馬達(dá)的每根引線與地之間，也可以接在 兩根引線之間。如果尖峰噪聲是共模的，則跨接在引線之間的電容幾乎沒有什么效果。但是這種由電刷產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲通常是差模的。

盡管這樣，在電刷與地之間接 入電容會(huì)有很大效果。電容安裝什么位置或怎樣連接主要取決于所面臨的噪聲的種類。電壓尖峰是由電刷與換向片觸點(diǎn)的斷開產(chǎn)生的。尖峰的幅度可以通過將電刷材 料換成較軟的材料或增加電刷對(duì)換 向片的壓力來(lái)減小。但是這會(huì)縮短電刷的壽命周期和其它一些問題。

要使電容具有較好的濾波效果，它與噪聲源的公共地之間的聯(lián)線要盡量短。自由空間中的導(dǎo)線的電感約為每英寸1nH。如果電刷產(chǎn)生的噪聲頻率為50～100MHz，與電容連接的導(dǎo)線的長(zhǎng)度為4～6英寸，那么即使不考慮電容的阻抗，僅導(dǎo)線電感的阻抗也已經(jīng)有：

XL = 2πf L = 3.77

總阻抗還需要加上電容（0.1μF）的阻抗，XC = 1/2 π f C = 0.159 Ω。

從結(jié)果可以看出，單看電容的阻抗，這是一個(gè)非常好的旁路型濾波器。但是由于引線電感的影響，已經(jīng)根本不起濾波器的作用了。如果將導(dǎo)線的長(zhǎng)度縮短為1 英寸，則電感的阻抗僅為0.628Ω，這時(shí)濾波電容的效果提高了20%。

用馬達(dá)外殼做接地端時(shí)，殼體上的漆必須去掉，以便導(dǎo)線能夠良好的與地接觸。依靠連接螺釘?shù)?、5個(gè)螺紋來(lái)連接不是一個(gè)好辦法。即使產(chǎn)品的外殼是金屬的，將濾波器件直接安裝在噪聲源上，而不是靠近噪聲源或外殼的某個(gè)位置，是一個(gè)聰明的選擇。這消除額外的引線長(zhǎng)度，使噪聲回到噪聲源的阻抗最小，具有最佳的濾波效果。

電源線濾波器

在許多產(chǎn)品中，電源線濾波器都必要的。電源線濾波器安裝正確時(shí)，是一種簡(jiǎn)捷的解決干擾的方法。電源線濾波器保證了電網(wǎng)免受產(chǎn)品內(nèi)部噪聲的污染。但是，與其它濾波器件一樣，使用電源線濾波器的關(guān)鍵點(diǎn)也是保證連接到噪聲源公共端的導(dǎo)線盡量短。

電源線濾波器中有可以濾除差模和共模噪聲的電感和電容。這種濾波器是 濾除電源線干擾的簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟(jì)的方法。電源線濾波器要安裝在電源線入口處。在有些產(chǎn)品中，濾波器安裝在產(chǎn)品的中部，這會(huì)使產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生的輻射干擾耦合到電 源輸入端，使濾波器完全失效。記住以下三點(diǎn)，你的產(chǎn)品就有更大的可能符合電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)：

1） 使用電源線濾波器；

2）良好的系統(tǒng)地線；

3）濾波器的衰減頻率低到150kHz；

很難從濾波器產(chǎn)品樣本上選擇到合適的電源線濾波器。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在50Ω輸入/輸出條件下測(cè)量濾波器的特性。在現(xiàn)實(shí)中，沒有一個(gè)恰好為50Ω的環(huán)境。進(jìn)行 傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試時(shí)，在電源線的輸入端要接入線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）。這為所有的測(cè)試機(jī)構(gòu)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法。

LISN的作用主要是為濾波器的輸 入端在測(cè)試頻率范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的50Ω阻抗。濾波器輸出端的阻抗由家用電器產(chǎn)品本身決定，這絕不會(huì)恰好為50Ω。如果恰好為50Ω，你就可以利用濾波器樣 本上的數(shù)據(jù)來(lái)確定哪個(gè)濾波器的性能更好。在實(shí)際中，通常要通過試驗(yàn)來(lái)確定一只最合適的濾波器。

作為一個(gè)原則，當(dāng)實(shí)際阻抗條件不清楚時(shí)，可以將濾波器樣本中 給出的數(shù)據(jù)減小20dB使用，以保證在實(shí)際產(chǎn)品中的效果。兩線電器上，濾波器的性能不如在三線電器上好。濾波器有兩種濾波機(jī)理，這就是串聯(lián)和旁路。在兩線 系統(tǒng)中，只有串聯(lián)濾波（電感）和線－線間濾波電容起作用，線－地電容不起作用。

電感器件

減小噪聲的另一個(gè)方法是在電刷上直接放置一個(gè)電感器件。電感的作用是防止當(dāng)電刷通過換向片間隙時(shí)流進(jìn)電刷電流的突然變化。電感的電感量大約為 10～25μH。串聯(lián)在電路中的扼流圈可以和到地的旁路電容組合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，這可以增強(qiáng)單個(gè)電感或電容的濾波效果。這對(duì)抑制傳導(dǎo)噪聲很有好處。

單個(gè)電容和LC 濾波器之間的差別是很大的。 LC 濾波器比單個(gè)電容具有更寬的濾波帶寬，因此對(duì)電刷產(chǎn)生的寬帶噪聲具有更大的效果。以上介紹的濾波技術(shù)能夠消除傳導(dǎo)干擾，但是尖峰產(chǎn)生的輻射干擾也是需要抑 制的。這可以通過屏蔽來(lái)實(shí)現(xiàn)。

接地

接地也是很重要的一個(gè)方法。 濾波器如果不接好地，就達(dá)不到設(shè)計(jì)的性能。對(duì)于旁路電容，如果接地阻抗過大，就起不到良好的旁路作用。這里的阻抗過大是指阻抗超過數(shù)mΩ。地線是消除噪聲 的路徑。

如果使用了性能良好的濾波器件，但是沒有提供良好接地路徑，器件的濾波效果將大打折扣。在非金屬機(jī)箱中，沒有將所有器件連接起來(lái)的接地板，這時(shí)濾 波是十分困難的。要獲得一個(gè)良好的地線，可以將產(chǎn)生噪聲的器件限制在一塊公共地線板上。

設(shè)計(jì)人員要注意，導(dǎo)線束的狀態(tài)必須與最終產(chǎn)品中的導(dǎo)線束狀態(tài)很接近。對(duì)地線的處理 十分重要。如果沒有良好的地線，濾波器和其它電磁兼容器件都不能有效地工作。

另外，建議對(duì)實(shí)際電路做一個(gè)簡(jiǎn)單的分析，包括馬達(dá)繞組，以便了解個(gè)別濾波器件是怎樣影響噪聲的。這并不需要復(fù)雜的計(jì)算機(jī)輔助分析，只要了解阻抗與濾波器件之間的簡(jiǎn)單關(guān)系就可以了。

由于馬達(dá)產(chǎn)生的噪聲在幅度和頻率上有很大的隨機(jī)性，因此要使產(chǎn)品的干 擾發(fā)射與規(guī)定的極限值之間有較大的富裕量。還有，即使使用同一種器件，器件之間的差異性要比想象的大得多。